CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DO LODO EM REATORES

A necessidade de tratar do esgoto urbano é fator importante para se manter a qualidade dos recursos hídricos e a saúde humana. O processo tratamento do esgoto ocorre nas Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) e como subproduto gera-se um resíduo sólido conhecido como lodo.

O gerenciamento do lodo é um problema contemporâneo de preocupação mundial, devido às grandes quantidades geradas de matéria por dia. O assunto sobre a correta administração e gerenciamento dos resíduos de saneamento tem tamanha importância ambiental, econômica e social, que está contida na Agenda 21 dos países, estabelecida após a realização da Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (CNUMAD), em 1992 no Rio de Janeiro (ECO-92).

Para que este gerenciamento de fato possa ocorre é necessário que se conheça as características do lodo que esta sendo gerado para que depois este possa sofrer uma destinação final adequada, sendo estas as mais discutidas na literatura: Incineração, aterro controlado, recuperação de áreas degradadas e reciclagem agrícolas. Ao autores apenas caracterizaram os lodos produzidos nos reatores estudados porém ano fizeram referencias do destino mais adequado deste subproduto do reator UASB

WISNIEWSKIET et al (2010) estudaram na universidade Montpellier na França características de um misto de lodo originados de processos de tratamento biológico de esgoto. O misto foi composto por um tipo de lodo denominado A e outro B.Ambos oriundos de estações de tratamento de esgoto. O lodo A, resíduo de uma ETE que atendia uma população equivalente a 5000hab. e o lodo b a uma população de 280.000hab.

Todos os experimentos foram realizados uma semana após a amostragem, a fim para minimizar as alterações nas características do lodo devido à atividade microbiana, o estudo realizou dois momentos de amostragem um apos a digestão e antes da secagem

para a determinação do teor de umidade tanto do lodo A quanto do lodo B e outro momento no final do processo de desidratação mecânica para a determinação da liquidez e do teor plástico limite. Os autores determinaram as frações minerais de cada lodo como descrito na Tabela 07.

Tabela 7: Caracterização da fração mineral do Lodo em estudo

Lodo A

Mg Ca P Al Si Fe Un

i

0.95 9.92 5.47 2.75 4.42 11.67 %

Lodo B 1.33 8.74 6.30 3.37 5.23 8.63 %

Fonte: Adaptado de Wisniewskiet (2010).

Na Tabela 08 está demonstrada a relação dos Sólidos Orgânicos por Sólidos Voláteis antes e depois da desidratação. Os autores relataram que o limite de determinação do teor de água se deu por compressão convencional de permeabilidade celular foi usadapara quantificar o teor de água limite

Tabela 8: Relação dos sólidos Orgânicos e sólidos Voláteis antes e depois da desidratação

Parâmetros Lodo A Lodo B Uni

VS/DS 0,75 0,59 mg/L Antes da desidratação Quantidade de agua 5000±100 3240 ± 65 % Desidratação 2,00± 0,02 3,00 ± 0,06 % Depois da desidratação Quantidade de agua 645 ± 13 295 ± 6 % Desidratação 13,0 ± 0,3 26,0 ± 0,5 %

Fonte: Adaptado de Wisniewski (2010)

Os autores concluíram ainda que as aplicações de altas pressões podem favorecer a filtragem de alta taxa. Notou-se que o coeficiente de compressibilidade do lodo B foi claramente inferior ao do lodo A, que os valores de teor de água corresponderam a 43% e 52% para A e lodo B do teor de umidade, respectivamente, o que mostrou que os lodos A e B não apresentaram à aptidão mecânica a desidratação.

O teor de matéria orgânica parecia ser um parâmetro fundamental na eficiência da desidratação mecânica. O (lodo A) é menos orgânico por presentarem apresentaram menor resistência específica à filtração, e pareceram ser mais compressíveis e teor de umidade obtido após a filtração bem inferior que o lodo B.

O índice de plasticidade medido colocou os Lodos sobre a plasticidade á nível dos solos altamente orgânicos, tais como fibras de plástico e argila. Nesse sentido, o valor IP140±5 % para o Lodo B foi considerado elevado para lodo B, que é mais orgânico do que o lodo A.

GHANGREKAR et al (2005) apresentaram um estudo realizado no departamento de engenharia civil do Instituto de tecnologia de Kharagpur – Índia, onde se objetivada a caracterização do lodo de esgoto domestico a partir de diferentes condições de carga orgânica e taxa de lodo durante a partida do reator UASB.

Em escala laboratorial foram construídos 6 reatores UASB de acrílico com seções transversais idênticas diferenciando-se nas alturas dos reatores identificados como R1 R2, R3, R4, R5 e R6, que foram 1,2, 0,4, 0,8, 1,2, 2,4 e 1,0 m, respectivamente, o que facilitou a manutenção variedade de taxas de carregamento em diferentes combinações de tempo de detenção hidráulica (HRT) e velocidade ascensional superficiais de líquidos.

A alimentação foi preparada diariamente e foi armazenada em temperatura ambiente (24-32°C). O lodo de inóculo foi peneirado com uma malha de 1,0 milímetros para remover partículas grandes e inertes impurezas de maior tamanho.

A quantidade de inoculo foi adicionada como por as exigências da taxa de carregamento do lodo para o experimento.

O volume do lodo de inoculo variou entre 12 e 23 ml / g, e relação SSV / SS para o inoculo lodo na faixa de 0,33-0,67. Em cada experimento, cada reator foi operado por cerca de 90 dias e foram determinados a velocidade de sedimentação média, a taxa de força dos grânulos e o teor de minerais presentes no lodo assim como SSV, SS, peso especifico entre outros. A Tabela 09 e 10 demonstram alguns desses parâmetros:

Tabela 9: Caracterização do lodo em estudo

Características do lodo desenvolvido em leito de lodo com diferentes taxas de carregamento

Experimento OLR[1] DQO (KgDQO/m3.d) 1SLR[2] DQO (Kg QO/VSS.d) Eficiência (%) Parâmetros SS(kg) VSS(g) VSS/SS P Especifico _(ml/g) SVI Vol. Sediment. (m/h) Coef. 1 2.97 0.195 94.08 62.77 28.91 0.46 10.231 16.00 35.42 8.99 2 9.50 0.787 46.20 39.39 24.40 0.62 10.114 38.75 18.73 26.99 3 1.53 0.103 95.81 83.79 32.27 0.38 10.282 15.10 19.90 9.25 4 4.60 0.255 90.43 48.25 22.68 0.47 10.206 15.64 11.26 9.79 5 2.95 0.149 96.50 78.08 35.82 0.46 10.210 12.99 36.71 6.76 6 9.26 0.484 50.74 47.33 28.62 0.60 10.119 19.82 15.82 22.06 7 1.48 0.097 93.47 88.23 35.97 0.41 10.386 9.58 92.12 5.51 8 4.88 ND 94.96 89.93 44.31 0.49 10.134 15.93 14.67 18.73 9 4.08 ND 87.27 110.7 60.17 0.54 10.163 12.70 33.67 4.24* 10 3.89 0.174 95.12 72.98 43.26 0.59 10.150 12.30 47.03 8.63 11 4.14 0.178 94.62 67.54 36.90 0.55 10.139 12.86 38.93 9.42 12 6.29 0.314 45.20 43.00 30.53 0.71 ND 30.05 ND ND

OBS: Gravidade específica do lodo expressas em 4ºC, taxa de lodo de carregamento no estado de equilíbrio; ND-não determinado, *- Coeficiente foi determinado depois de até 240 dias.

Fonte: Adaptado de GHANGREKAR et al (2005)

1

OLR – Taxa de carregamento orgânico

1

Tabela 10: Parâmetros minerais utilizados para a caracterização do Lodo.

Conteúdo mineral e outras características do lodo desenvolvido sob diferentes condições durante a granulação de lodo

Nº experimento 1 6 7 8 11

SLR (kg COD / kg d VSS) 0.195 0.484 0.097 0.3 0.178

Eficiência (%) 94.08 50.74 93.47 94.96 94.62

Ca2 + conc. na alimentação (mg / l) 150 150 150 50 100

Velocidade de sedimentação de lodo (m / h) 35.42 15.81 92.12 14.67 38.93

Força de grânulos (IC) 8.99 22.06 5.51 18.73 9.42

Ash não digerida (% de lodo seco) 21.20 14.01 24.44 22.39 22.47

Ca (mg / g de lodo seco) 60.01 41.55 60.26 45.86 47.12 Mg (mg / g de lodo seco) 54.24 32.16 38.73 40.64 39.66 Na (mg / g de lodo seco) 7.76 31.23 7.09 10.38 15.08 P (mg / g de lodo seco) 8.34 15.17 7.35 9.39 9.17 K (mg / g de lodo seco) 1.05 6.84 0.76 2.24 3.14 Fe (mg / g de lodo seco) 26.25 16.16 24.78 27.60 21.26 Ni (mg / g de lodo seco) 0.26 0.20 0.21 0.16 0.16 Co (mg / g de lodo seco) 0.027 0.020 0.13 0.016 0.022 Fonte: GHANGREKAR (2005)

De acordo com os autores as cargas aplicadas durante a formação de grânulos são os principais responsáveis para a força dos grânulos.

A correlação entre a força de grânulos e remoção de DQO existe. Para uma maior força de grânulos desenvolvidos, maior redução de DQO observada. A concentração de AGV inferior a 200mg no reator é favorável para a formação do granulado lodo com maior resistência e obter maior Eficiência de remoção de DQO.

A relação SSV/SS de lodo entre 0,4 e 0,6 é favorável para o melhor desempenho do reator. A absorção de cálcio de 60mg, e combinado absorção de cálcio e Magnésio, expressa em termos de Ca, superiores a 100mg é benéfico para lodo granular.

O Na superior a 20-25mg causando efeito adverso sobre as características do lodo, resultando em baixa eficiência remoção de DQO.

O desenvolvimento de lodo granular com boas características, tais como, vol. do lodo inferior a 16ml, com média sedimentação m velocidade superior a 36h, lamas de alta concentração no interior do reator, e boa força de os grânulos desenvolvidos para resultar em maior eficiência de remoção de DQO (superior a 90%), é objetivo prioritário durante a partida.

Para alcançar este objetivo, é aconselhável operar o reator na faixa de carga orgânica 2,0-4,5 kg e kg COD/m3e taxa de carregamento de lodo 1-0,25 COD/kg de VSS durante o arranque e inicial granulação.

SABRY (2008) realizou um estudo na universidade de AinShams University, Cairo, Egito no qual foi avaliado o comportamento de dois reatores UASB que tratavam esgoto sanitário os quais foram inoculados com lodo floculado e lodo granulado e que receberam diferentes cargas hidráulicas.

O estudo foi realizado em nível de bancada e os reatores foram construídos em vidro com um volume de 3,75 L cada um. Ambos foram operados sob mesmas condições operacionais e de temperatura de 25ºC.

O lodo flocular foi oriundo de um reator anaeróbio UASB da Universidade de IomaState, USA que trata esgoto sanitário e o Lodo granular de um reator UASB que também trata esgoto sanitário da cidade de BREW, WISCOSIN USA.

O estudo utilizou cinco diferentes TDH (4, 6, 8, 10 e 15h) entre outros parâmetros o comportamento dos reatores, foi trabalhado, em cima da remoção de DQO no lodo relacionado com o TDH como demostrados naTabela 11: características como TDH e remoção de DQO utilizadas no estudo.

Tabela 11: Características dos reatores

Eficiência de remoção da DQO total e filtrada, sob diferente TDH.

TDH (h) Remoção DQO total (%) Remoção DQO filtrada (%) Lodo Floc. Lodo Gran. Lodo Floc. Lodo Gran.

15 76 ± 10 81 ± 11 75 ± 10 51 ± 13

10 79 ± 4 84 ± 14 59 ± 6 94 ± 2

8 83 ± 7 86±8 74 ± 6 82 ± 10

6 92 ± 5 91±4 92 ± 5 89 ± 7

4 89 ± 4 87±3 87 ± 5 86 ± 7

Fonte: adaptado de SABRY (2008)

O autor percebeu que ambos os tipos de lodo responderam bem no que diz respeito à remoção de DQO no lodo e que mesmo com um TDH considerado baixo o percentual de remoção da matéria orgânica foi efetivo.

3.8. PRODUÇÃO DE METANO EM REATORES UASB TRATANDO ESGOTO